Оценка влияния фотон-парафотонных осцилляций на распределение тёмной материи в окрестностях звезды

Парафотоны (бифотоны) – нейтральные аксионоподобные частицы-«хамелеоны», возникающие в сверхсильных электромагнитных полях при неупругом фотон-фотонном взаимодействии по каналу 𝛾 + 𝛾 → 𝒶. В теории Печчеи-Квинн [1,2] подобные псевдоголдстоуновские бозоны возникают в результате спонтанного нарушения 𝒰(1)-симметрии Печчеи-Квинн и отвечают за сохранение комбинированной (𝓒𝓟) чётности в сильных (ядерных) взаимодействиях. Ранее нами сообщалось [3-5] о наблюдении парафотонных состояний (биполяритонов) в поляритонном конденсате Бозе-Эйнштейна, сформированном в резонансной твердотельной микрополости фотонного кристалла, причём эффективная масса парафотонов была оценена нами как 𝓂ₐ~0,1 мэВ. Ненулевая «хамелеонная» масса 𝓂ₐ соответствует ненулевому дефекту массы (энергии связи фотонов в бифотоне) 𝚫𝓂𝒸² ≪ 𝓂ₐ𝒸², что делает возможными [6] фотон-парафотонные осцилляции (𝛾 + 𝛾 → 𝒶 → 𝛾 + 𝛾). В работе [7] с использованием метода Монте-Карло был установлен равновесный характер фотон-бифотонных превращений в межзвёздной среде при захвате реальным фотоном, испущенным звездой, (виртуального) фотона реликтового фона с такой же энергией ~0,1 мэВ (~1 К). При этом в [7] для простоты рассматривался «полуклассический» феноменологический случай, в рамках которого величиной 𝚫𝓂 пренебрегалось вследствие её малости (𝚫𝓂 ≈ 0). Учёт малого, но ненулевого 𝚫𝓂 позволяет дать более точную оценку влияния фотон-парафотонных осцилляций на распределение тёмной материи в окрестностях звезды, а именно: в настоящей работе предсказывается, что доля парафотонов изменяется с расстоянием до светила по закону ρ(𝓇) ~ sin [(𝚫𝓂𝒸²/ℏ)×(𝓇/𝒸)], что должно приводить к существованию концентрических «тёмных» оболочек, окружающих звезду на расстояниях, полунечётное число раз (1/2, 3/2, 5/2 и т.д.) кратных 𝓡 = 2𝜋ℏ/𝚫𝓂𝒸². Таким образом, по наблюдаемой яркости однотипных звёзд, расположенных на разных расстояниях от наблюдателя, можно оценить величину 𝓡, а именно: предсказывается, что из одинаковых звёзд те, что расположены на расстоянии ½ 𝓡, кажутся существенно более тусклыми (войд) по сравнению с расположенными на расстоянии 𝓡 (с учётом поправки на расстояние). Предлагается проверить этот вывод наблюдательными данными: в случае положительного результата по измеренной величине 𝓡 можно определить энергию связи фотонов 𝚫𝓂𝒸² и оценить саму массу 𝓂ₐ, «закрыв» проблему лёгкой тёмной материи (и, возможно, лёгкой тёмной энергии). В частности, проведённая нами оценка по излучателям в Местном листе галактик (наблюдаемый радиус листа 𝓡 ~ 10⁷ св.лет ~ 10²³ м [8]) соответствует 𝚫𝓂𝒸² ~ 10⁻³⁷ эВ, что в рамках изложенного подхода может быть интерпретировано как вакуумная постоянная фотон-фотонного взаимодействия, определяющая крупномасштабную структуру Вселенной.


[1] R.D. Peccei, H.R. Quinn. CP Conservation in the Presence of Pseudoparticles // Physical Review Letters (1977). Vol. 38, p. 1440-1443.
[2] R.D. Peccei, H.R. Quinn. Constraints Imposed by CP Conservation in the Presence of Pseudoparticles // Physical Review D (1977). Vol. 16, p. 1791-1797.
[3] V.V. Filatov, V.S. Gorelik, S.V. Pichkurenko. Stimulated Axion-Like Bipolariton Generation in the Globular Photonic Crystal // Material Science Forum (2021). Vol. 1047, p. 134-139. DOI:10.4028/www.scientific.net/msf.1047.134.
[4] Би Дунсюэ, У Мэнюань, А.А. Коноплёва, В.В. Филатов. Плотность биполяритонных состояний при поляритонной бозе-эйнштейновской конденсации в фотонном кристалле // Труды 64-й Всероссийской научной конференции МФТИ. Электроника, фотоника и молекулярная физика. Москва–Долгопрудный-Жуковский: МФТИ, 2021. С. 286-287.
[5] Д.М. Безверхняя, В.В. Филатов, Д.Р. Ядрихинская. Формирование мультифотонных состояний при бозе-эйнштейновской конденсации света в фотонном кристалле // Сборник научных трудов VIII Международной конференции «Лазерные, плазменные исследования и технологии» (ЛаПлаз-2022). М.: НИЯУ МИФИ, 2022. С. 199.
[6] В.А. Моисеева, В.В. Филатов. Сечения двухфотонного процесса фотон-гравитонной конверсии в вакууме // Труды XI Всероссийской конференции «Необратимые процессы в природе и технике» (НППТ-2021). Т.2. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, С.128-130.
[7] Д.Р. Ядрихинская, В.В. Филатов. Численное моделирование фотон-парафотонных осцилляций в межзвездной среде в присутствии электромагнитного поля // Материалы международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные задачи механики» (FAPM-2020). Т.1. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. С. 99-100.
[8] R. Tully. The Local Void is Really Empty // Proceedings of the International Astronomical Union (2007). Vol. 3(S244), p.146-151. DOI:10.1017/S1743921307013932